電子守恒法的構建與應用

朱玉海

氧化還原反應是中學化學學習的主線，也是高考必考的熱點考點之一。師生用常規法解答氧化還原反應計算，感覺棘手。若將電子守恒規律應用解決該類問題，就可以大大簡化計算過程，收到事半功倍的效果。下面就筆者在教學過程中如何進行電子守恒法構建與應用談談體會。

一、電子守恒法的構建

我們觀察下列兩個實例：

分析以上兩個實例可以得到以下結論：

1.氧化劑得到電子的物質的量，等于完全被還原的原子的物質的量乘以一個原子化合價的降低量。編輯公式為：n（e■）得到=n（完全被還原的原子）×一個原子化合價的降低量。

2.還原劑失去電子的物質的量，等于完全被氧化的原子的物質的量乘以一個原子化合價的升高量。編輯公式為：n（e■）失去=n（完全被氧化的原子）×一個原子化合價的升高量。

3.被還原的原子得到的電子的物質的量等于被氧化的原子失去的電子的物質的量等于轉移的電子的物質的量。編輯公式為：n（e■）得到=n（e■）失去=n（e■）轉移。

注意事項：公式中強調完全被還原的原子是指氧化劑與還原產物對比時，化合價降低的原子；完全被氧化的原子是指還原劑與氧化產物對比時，化合價升高的原子。

二、電子守恒法在解題中的應用

1.在計算電子轉移類題中的應用

例1.2.3g金屬鈉在一定的條件下與氧氣反應生成了Na■O■和Na■O的混合物，該過程中轉移的電子的物質的量為多少？

解析：鈉原子失去電子的物質的量=氧原子被還原得到電子的物質的量=轉移的電子的物質的量則有：n（e■）失去=n（e■）轉移=2.3g÷23g.mol-1×（1-0）=0.1mol。

若用常規解法，就應設與氧氣反應Na■O■和Na■O的鈉的物質的量分別為xmol和ymol，再根據：4Na+O■=2Na■O和2Na+O■=2Na■O■表達出轉移的電子的物質的量，常規法用算量大且易出錯，用電子守恒法綜合考慮，可使計算大大簡化。

2.在判斷氧化產物和還原產物的化合價類題中的應用

例2.硫代硫酸鈉可用作脫氯劑，已知25.0mL 0.1mol·L■的Na■S■O■溶液恰好把標準狀況下112mL Cl■完全轉化為Cl■時，S■O■■轉化成（ ）

A.S■ B.S C.SO■■ D.SO■■

解析：112mL（即0.005mol）Cl■完全轉化為Cl■時，氯原子得電子總量=0.005mol×2×（1-0），設S■O■■轉化成的產物中，硫的化合價是x，25.0mL×0.1mol·L■的Na■S■O■中硫原子失電子總量=0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2），則根據電子守恒：0.025L×0.1mol·L■×2×（x-2）=0.005mol×2×（1-0），解得x=4，所以S■O■■轉化成SO■■。故選C。

3.在多種原子得失電子反應類題中的應用

例3.5.12g銅和一定量的濃HNO■反應，當銅反應完全時，共收集到標準狀況下的氣體3.36升，若把裝有這些氣體的集氣瓶倒立在盛水的水槽中，需要通入多少升標準狀況下的氧氣才能使集氣瓶充滿溶液？

解析：HNO■得到電子變為氮的氧化物，氮的氧化物又失去電子變為HNO■。這個過程中間真正得到電子的物質是氧氣。整個過程中失去電子電子的物質為銅。銅原子失去的電子的物質的量=氧氣中氧原子得到電子的物質的量。則有：n（Cu）×2=n（O■）×4；則n（O■）=5.12g÷64g.mol-1×2÷4=0.04mol；V（O■）=0.04mol×22.4L.mol■。

4.在“活潑金屬與酸或水反應生成H■”類題中的應用

很多學生認為解這類題比較難，我認為根本原因是沒有弄清這類反應的實質：活潑金屬失去電子，+1價的氫原子得到電子，而金屬失去電子的物質的量等于生成H■所得到的電子的物質的量，即n（金屬）×一個原子化合價的升高量=n（H■）×2。

例4.把5.1g鎂鋁合金的粉末放入過量的鹽酸中，得到5.6LH■（標準狀況下）。試計算：該合金中鎂和鋁的物質的量各為多少mol？

解析：分別設鎂和鋁為xmol和ymol.由質量總和為5.1g，列式為24g.mol■×xmol+27g.mol■=5.1g.鎂和鋁失去電子的總和=2xmol+ymol；生成H■時得到的電子的物質的量=5.6L/22.4L.mol■×2=0.25mol；將以上二式聯立解得x=0.1mo；y=0.mo1。

5.在原電池（或電解池）中的氧化還原反應類題中應用

原電池（或電解池）實際也發生氧化還原反應，因此，在同一時間內，正極（或陰極）上微粒得電子數目等于負極（或陽極）上失電子數目。

例5.實驗室用鉛蓄電池做電源電解飽和食鹽水制取氯氣，已知鉛蓄電池放電時發生如下反應：

負極Pb+SO■■=PbSO■+2H■O

正極PbO■+4H■+SO■■+2e=PbSO■+2H■O

分別制得C1■0.050mol，這時電池內消耗的H■SO■的物質的量至少是（ ）

A.0.025mol B.0.050mol C.0.10mol D.0.20mol

解析：在電解池中，由陽極上的電極反應：2CI■-2e=CI■，得知要制0.050moICI■，在電解池中得失電子為0.10mol。由于電解池與原電池中得失電子數相等，因此，原電池中得失電子數也為0.10mol。抓住電池內H■SO■的消耗實質上是H■的消耗這一關鍵，用正極反應式得關系式：2e～4H■～2H■SO■，故轉移0.10mol電子，要消耗0.10molH■SO■。故選C。

例6.用惰性電極電解M（NO■）×的水溶液，當陰極上增重ag時，在陽極上同時產生bL氧氣（標準狀況），從而可知M的原子量為（ ）

A.■ B.■ C.■ D.■

解析：在電解池中，陽極上的電極反應為：4OH■-4e=O■↑+2H■O，陰極上的電極反應為：M■+xe=M，由陰陽兩極得失電子數相等得關系式：xO■～4M，因此，M的原子量：■=■，故選C。